[發明專利]一種基于導電凝膠的GaN基HEMT傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010547831.6
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111933706B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 楊紫琪;盧星;陳榮盛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/423;G01N27/414
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種基于導電凝膠的GaN基HEMT傳感器及其制備方法。本發明的GaN基HEMT傳感器包括由下而上依次設置的襯底、AlN成核層、AlGaN漸變層或AlN/GaN超晶格緩沖層、GaN:C高阻層、GaN溝道層、AlN隔離層、非摻雜Al_0.24Ga_0.76N勢壘層和帽層，還包括設置在帽層上的源極、柵極和漏極；所述柵極由導電凝膠制成。本發明的GaN基HEMT傳感器中的柵極由導電凝膠制成，和傳統的GaN基HEMT傳感器相比，靈敏度更高、成本更低、制備工藝更加簡單，可以極大地擴展HEMT傳感器的應用領域。

技術領域

本發明涉及一種基于導電凝膠的GaN基HEMT傳感器及其制備方法，屬于半導體器件技術領域。

背景技術

傳感器技術是現代科學發展的基礎技術，而半導體材料是傳感器中的關鍵材料。隨著科技的高速發展，人們對半導體器件的性能要求也越來越高。GaN基材料是寬禁帶半導體材料的典型代表，具有抗高溫、抗輻射、耐腐蝕、耐壓、禁帶寬度大、高飽和電子遷移率、臨界擊穿場強高、熱導率高、穩定性好等特點，可以用于制作高溫、高頻及大功率電子器件。

高電子遷移率晶體管(HEMT)是場效應晶體管的一種，其使用兩種具有不同能隙的材料形成異質結，為載流子提供溝道。GaN基HEMT傳感器是常見的GaN傳感器之一，具有AlGaN/GaN異質結結構，該異質結的導帶偏移大，且具有很強的自發極化和壓電極化效應，即使不進行摻雜也可以形成高濃度的二維電子氣(2DEG)。在GaN基HEMT傳感器中，2DEG的濃度除了會受到柵極電壓的控制外，還易受到表面態的影響而改變，所以GaN基HEMT傳感器具有靈敏度高、響應速度快、適用于惡劣環境等優點，近些年來成為了探測器領域的研究熱點。

HEMT傳感器按照柵極來劃分主要有無柵、金屬柵、生物分子膜等。無柵是指直接使用GaN帽層作為柵極，同過對柵極區域進行表面處理實現對特定分子、離子進行反應從而影響導電溝道，表面處理的步驟復雜，反應時間漫長；金屬柵是指在帽層上鍍合金作為柵極，主要使用Au、Pt、Pd等貴重金屬以及具有催化作用的金屬材料，不僅成本高昂，而且在潮濕環境或水存在時，敏感度會顯著下降，此外，某些金屬在200℃以上的環境中相位會發生變化，導致器件性能嚴重受損；生物分子膜是指在金屬或氧化物門電極的基礎上固定識別原件制成生物分子膜門電極，不僅器件的制備、封裝以及測試難度高，同時制作成本高。

因此，亟需開發一種靈敏度高、制備簡單、成本低廉的GaN基HEMT傳感器。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種基于導電凝膠的GaN基HEMT傳感器。

本發明的另一目的在于提供一種基于導電凝膠的GaN基HEMT傳感器的制備方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種基于導電凝膠的GaN基HEMT傳感器，包括由下而上依次設置的襯底、AlN成核層、AlGaN漸變層或AlN/GaN超晶格緩沖層、GaN:C高阻層、GaN溝道層、AlN隔離層、非摻雜Al_0.24Ga_0.76N勢壘層和帽層，還包括設置在帽層上的源極、柵極和漏極；所述柵極由導電凝膠制成。

優選的，所述襯底的材質為Si、SiC、GaN、藍寶石或金剛石。

優選的，所述AlN/GaN超晶格緩沖層中Al的梯度變化范圍為0～100％。

優選的，所述GaN:C高阻層中C的摻雜濃度為5×10¹⁷～1.2×10¹⁹cm^-3。

優選的，所述帽層的材質為GaN、AlN或Si₃N₄。

優選的，所述導電凝膠由單體、膠凝劑、電解質、引發劑、交聯劑和溶劑制備而成。